초록 ▼

연구의목적 및 내용
식물세포사멸기작관련 연구 분야는 식물에서 가장 오래 되었으며, 또한 중요한 연구 분야이지만 아직도 이 분야에 대한 연구는 초보단계라 할 수 있다. 따라서 본 연구과제의 목표는 식물체에서의 세포사멸기작이 autophagy 기능과 어떻게 연관성이 있으며, 이들 작용에 있어서 활성산소족이 어떻게 신호전달 물질로서 작용하는지를 규명함으로써 궁극적으로 식물체의 생장발달 과정 및 환경스트레스에 하에서 어떻게 식물체들이 그들의 방어기작을 발달시켜 왔는지를 이해하고자 한다. 이와 같은 유용한 정보들은 격변하는 지구환경에

연구의목적 및 내용
식물세포사멸기작관련 연구 분야는 식물에서 가장 오래 되었으며, 또한 중요한 연구 분야이지만 아직도 이 분야에 대한 연구는 초보단계라 할 수 있다. 따라서 본 연구과제의 목표는 식물체에서의 세포사멸기작이 autophagy 기능과 어떻게 연관성이 있으며, 이들 작용에 있어서 활성산소족이 어떻게 신호전달 물질로서 작용하는지를 규명함으로써 궁극적으로 식물체의 생장발달 과정 및 환경스트레스에 하에서 어떻게 식물체들이 그들의 방어기작을 발달시켜 왔는지를 이해하고자 한다. 이와 같은 유용한 정보들은 격변하는 지구환경에 잘 적응하면서 에너지대체 효율이 뛰어나며 생산효율이 향상된 식물체들의 개발에 응용됨으로써, 전 세계가 직면한 지구환경재해에 대한 하나의 해결책을 제시할 수 있으리라 생각되어진다.
연구결과
1. 1차년도 연구결과: Autophagy 관련 유전자들의 T-DNA insertion 돌연변이체들 및 이와 관련된 형질전환식물체들을 확보 및 제작하였으며, 이들 식물체들을 이용하여 programmed cell death (PCD) 및 식물체 저항성의 표현형 분석을 수행하였다. 한편, Autophagy marker 유전자 (ATG8a)의 GFP-fused 형질전환 식물체를 분양받아 식물세포의 PCD 유도과정 중에 autophagy의 세포내의 발현양상을 형광현미경적 방법으로 조사하여 추후 대조구 실험으로 사용하고자 한다. 한편, autophagy 형성을 유도하는 것으로 알려진 SA 또는 PstDC300(avrRpm1)으로 처리한 애기장대 잎을 재료로 제작된 애기장대 Y2H cDNA 라이브러리를 autophagy 단백질과 상호작용하는 단백질들 분리를 위해 라이브러리 검색을 수행하였다.
2. 2차년도 연구결과: 1차년도 연구결과에 기초하여 PCD, autophagy, & ROS 각각 관련 유전자들의 기능적인연관성을 분석하는데 필요한 이중 돌연변이체를 제작하였으며, HR-PCD 현상과 연관된 식물생리현상 관찰을 관찰하기 위하여 아래와 같은 실험방법들을 이용하여 조사하였다. i) Cell death assay (Trypan blue staining)ii) Ion leakage 측정 iii) ROS staining assay (DAB staining) iv) Callose deposits assay v) SA level 측정, 한편, Autophagy marker 유전자 (ATG8a)에 대한 항체 제작을 위하여 ATG8a 유전자들에 대한 재조합 단백질을 이용하여 최종적으로 항체 제작을 완료하였다. 애기장대 Y2H 라이브러리 검색을 수행하여 잠정적으로 상호작용하리라고 판단되어지는 다수의 단배질들을 분리하였다.
3. 3차년도 연구결과: 현미경 방법을 이용한 형질전환 및 돌연변이 식물체들의 PCD 및 autophagy 유도현상이세포수준에서 어떠한 반응을 보이는가를 현미경적 접근방법을 통하여 분석하였으며, 이들 세포생물학적 분석을 통하여 자가포식작용이 식물의 세포사멸기작에 중요한 역할을 수행한다는 결과를 얻었다. 또한, 이전에 얻은 Atg8a 항체를 이용하여 다양한 Atg 관련 식물체들에서 autophagy 유도 시에 단백질 발현양상의 차이를 보임을 확인할 수 있었다. 아울러 식물세포사멸기작동안 autophagy의 발현 여부를 LysoTracker-Green (LTG)을 이용한 형광현미경 방법으로 관찰하였으며, 동시에 autophagy 관련 유전자들의 발현양상을 real time qRT-PCR 방법을 이용하여 분석하였다. 위의 연구결과들을 바탕으로 연구기간 3년동안 3편의 SCI 논문들 (The Plant Journal, Plant, Cell & Environment, and Plant Physiology)과 1편의 SCIE 논문 (Autophagy)을 발표하는 연구 성과를 보였다.
연구결과의 활용계획
기술적 측면의 기대효과;본 연구를 통하여 이루어진 성공적인 결과들은 식물들이 생장 발달 및 다양한 환경스트레스 하에 노출되었을 때 어떻게 스스로 세포들이 반응하면서 진화상으로 발전되어 왔는지에 대한 기초적인 지식을 제공함과 동시에 식물의 총체적인 세포사멸기작을 이해하는데 기여를 할 것으로 생각되어진다. 이러한 식물세포사멸기작에 대한 이해는 식물체의 중요한 세포, 생리학적 대사과정이라 할 수 있는 세포분열과 신장, 세포분화 및 노화, photomorphogenesis, 그리고 병원균 및 환경스트레스에 대한 방어기작 등에 대한 폭넓고 체계적인 기능을 밝히는데 유용하며, 이들 연구결과들은 궁극적으로 우수한 국제학술지에 투고가 가능하리라 본다.
경제, 산업적 측면의 기대효과; 금세기 전 세계적으로 직면한 경제공항과 더불어 탄소에너지를 포함한 모든 자원에너지의 불균형적인 분포 및 고갈현상은 향후 지구에 커다란 재앙을 수반할 것으로 보인다. 최근 이러한 심각한 자연재해 현상들의 징후가 지구상의 곳곳에서 보이고 있으며, 이러한 자연재해는 무엇보다도 인간의 식량공급에 중요한 작물들의 생산성을 저하시키는 주된 요인으로 작용하여, 전 세계적인 식량수급에 큰 문제점을 일으키리라 본다. 그러므로 이러한 환경적인 재해에 대한 해결책으로, 격변하는 지구환경에 잘 적응하며, 에너지대체 효율이 뛰어나며, 생산효율이 향상된 식물체들의 개발에 있다고 하겠다. 따라서 본 연구를 통하여 획득한 식물세포사멸기작에 관한 정보는 위에서 언급한 경제적으로 유용한 작물들 (환경적 스트레스에 잘 적응하면서 수확량을 증진시킨 우수품종, 식물체의 바이오메스를 증가시킨 식물체 등)을 개발하는데 응용되어질 것이다.

Abstract ▼

Purpose&contents
The plant programmed cell death (PCD) research has been studied for a long time and also very important research area in plant. Through our research, we are going to figure out the characterization of plant PCD mechanisms by the autophagy function and then address to the agricult

Purpose&contents
The plant programmed cell death (PCD) research has been studied for a long time and also very important research area in plant. Through our research, we are going to figure out the characterization of plant PCD mechanisms by the autophagy function and then address to the agricultural and industrial application of these information using transgenic plants. By the functional analysis of PCD and autophagy in relation to ROS as a signaling componebt, we want to understand their mechanisms in pathogen- and stress-induced PCD for various plant metabolism such as growth, development, and defense response during the stresses.
Result
1) During the first year in this research,
At first, we made the transgenic plants including the knock-out (T-DNA) and over-expression of autophagy-related genes. We studied the functional relationship between PCD and autophagy using various plants including different arabidopsis ecotypes such as Col-0, Ws-0, RLD using Pst DC3000(avrRpm1 and avrRps4) known to induce of autophagy.
In addition, we constructed the ATG8a-GFP/YFP fused transgenic plants to investigate the pattern of autophagy during plant PCD. we screened the Y2H library, which was made by SA treated leaves of Arabidopsis using autophagy-related genes as baits.
2) During the second year in this research,
Based on our data of the first year, we constructed double mutants between autophagy-related mutants. Next, we examined the plant cell death responses using i) Cell death assay (Trypan blue staining), ii) Ion leakage determination, iii) ROS staining with DAB, iv) Callose deposits assay, v) SA level determination in tested plants. Additionally, we made an antibody of ATG8a as an autophagy marker gene to use protein analysis. We addressed the functional characterization of several autophagy-interacting proteins, which were selected by the Y2H screening.
3) During the third year in this research,
Taken together the results of first and second year research, we observed the cytological and histochemical approaches using light and confocal microscope and TEM in tested plants to understand autophagy function during plant PCD response. Using ATG8a antibody, we performed protein induction analysis and also investigated the expression pattern of autophagy-related genes by qRT-PCR during PCD. Finally, based on our data, we suggest a working model of the relation between autophagy induction and PCD response during pathogen infection.
Expected Contribution
The understanding of plant PCD mechanisms through the autophagy is suggested the pivotal cues to elucidate the functional relationship in plant important metabolic pathways such as cell division, elongation, & differentiation, senescence, and defense & stress response. In these days, natural disasters frequently occurred and finally ran short of foods in all earth area, especially developing country. To make a solution about these global warning situations, we need to develop well adapted crop plants against harsh environmental conditions. Based on our research project, we will get a lot of useful information, which are applying to industrial bioscience and making improved crop showing highly productivity and economical value.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종보고서 양식 ... 1
• 목 차 ... 3
• 연구 계획 요약문 ... 4
• 연구 결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 27
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 28
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 28
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구 실적 ... 28
• 8. 참고 문헌 ... 29
• 9. 연구 성과 ... 30
• 10. 기타사항 ... 30
• 대 표 연 구 성 과 ... 31